Ηλεκτρονική, Γραμμικά ολοκληρωμένα κυκλώματα και Εφαρμογές

Σκοπός του βιβλίου αυτού είναι η εισαγωγή του αναγνώστη στο σχεδιασμό αναλογικών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων με τη χρήση γραμμικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (Linear Integrated Circuits). Κύριος στόχος, είναι η παρουσίαση των βασικών ιδιοτήτων και εφαρμογών των κυριότερων στοιχείων της οικογένειας των γραμμικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων όπως του τελεστικού ενισχυτή, του συγκριτή τάσης, των σταθεροποιητών τάσης, των μετατροπέων αναλογικού σήματος σε ψηφιακό και ψηφιακού σε αναλογικό (A/D και D/A), των χρονοκυκλωμάτων κ.λπ.. ώστε ο αναγνώστης να εξοικειωθεί με τις βασικές ιδιότητες των στοιχείων αυτών, προκειμένου να είναι σε θέση να ασχοληθεί με τον σχεδιασμό συστημάτων που συμπεριλαμβάνουν τέτοιου είδους συνιστώσες. Είναι προφανές ότι λόγω της τεράστιας έκτασης του αντικειμένου δεν είναι δυνατόν σε αυτό το σύγγραμμα να επεκταθούμε σε μία συστηματική ανάλυση όλων των γραμμικών στοιχείων που περιγράφονται. Έτσι, δεν εμβαθύνουμε για παράδειγμα, στον εσωτερικό σχεδιασμό, στα ισοδύναμα κυκλωματικά μοντέλα και τις λεπτομέρειες κατασκευής (fabrication) των στοιχείων αυτών, αλλά γίνεται μία προσπάθεια εξοικείωσης του αναγνώστη με τις βασικές ιδιότητες τους. Αρχικά στο κεφάλαιο 1 περιγράφεται η δομή και αναλύεται με αρκετή λεπτομέρεια η λειτουργία της κάθε μιας από τις βαθμίδες, που αποτελούν ένα τελεστικό ενισχυτή όπως ο διαφορικός ενισχυτής, η πηγή σταθερού ρεύματος και η βαθμίδα εξόδου. Εξηγούνται επίσης ορισμένες βασικές έννοιες που συναντώνται στους τελεστικούς ενισχυτές όπως η έννοια του κέρδους, των τεχνικών αντιστάθμισης, του λόγου απόρριψης κοινού ρυθμού κ.λπ.. Στο κεφάλαιο 2 περιγράφεται ο τελεστικός ενισχυτής και οι ιδιότητές του σαν βασικό δομικό στοιχείο των γραμμικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Εξηγείται ακόμα η έννοια και η σκοπιμότητα της ανάδρασης, καθώς και η επίδρασή της στις βασικές παραμέτρους του τελεστικού ενισχυτή. Δίνονται πολλές δυνατές συνδεσμολογίες και εφαρμογές του, όπως η χρήση του γενικά σαν ενισχυτή (τάσης, ρεύματος, κ.λπ.), σε αναλογικά υπολογιστικά κυκλώματα (αναλογικός αθροιστής, αφαιρέτης, πολλ/σιαστής, διαιρέτης κ.λπ.), σε κυκλώματα μετατροπής τάσης σε ρεύμα και ρεύματος σε τάση, σε ταλαντωτές, σε ενισχυτές οργανολογίας κ.λπ.. Στο κεφάλαιο 3, περιγράφεται μία σημαντική ενότητα εφαρμογής των τελεστικών ενισχυτών στα ενεργά φίλτρα όλων των ειδών (χαμηλοπερατά, υψιπερατά, διέλευσης ή αποκοπής ζώνης κ.λπ..) και περιγράφονται βασικές μέθοδοι σχεδιασμού ενεργών φίλτρων όλων των κατηγοριών. Στο κεφάλαιο 4, παρουσιάζεται ο συγκριτής τάσης, περιγράφεται η λειτουργία του και οι δυνατές συνδεσμολογίες του με και χωρίς ανάδραση και δίνονται χαρακτηριστικές εφαρμογές του. Στο κεφάλαιο 5 περιγράφεται αρχικά η εσωτερική δομή και η λειτουργία των γραμμικών ρυθμιστών τάσης (linear voltage regulators), βασικών δομικών στοιχείων των τροφοδοτικών διατάξεων. Στη συνέχεια περιγράφονται οι αρχές λειτουργίας των διακοπτικών ή παλμο - τροφοδοτικών (switching power supplies) και δίνονται μέθοδοι σχεδιασμού και αναλυτικού υπολογισμού των στοιχείων τους. Στο κεφάλαιο 6, δίνονται οι βασικές έννοιες και οι αρχές λειτουργίας των μετατροπέων αναλογικών σημάτων σε ψηφιακά (ADC) και ψηφιακών σημάτων σε αναλογικά (DAC). Περιγράφονται οι γενικές αρχές της δειγματοληψίας, του κβαντισμού και της κωδικοποίησης και περιγράφονται ηλεκτρονικά κυκλώματα δειγματοληψίας και συγκράτησης, καθώς και οι ηλεκτρονικοί διακόπτες. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι επικρατέστερες και πλέον αντιπροσωπευτικές μέθοδοι μετατροπής αναλογικού σήματος σε ψηφιακό και αντιστρόφως. Στο κεφάλαιο 7 περιγράφονται οι μονοσταθείς και ασταθείς ταλαντωτές με τη χρήση διακριτών στοιχείων, με συνδυασμό λογικών πυλών και παθητικών στοιχείων και με τη χρήση γραμμικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων και δίνονται βασικές αρχές λειτουργίας και εφαρμογές διαφόρων χρονοκυκλωμάτων (timers). Στη συνέχεια γίνεται παρουσίαση των προγραμματιζόμενων χρονοκυκλωμάτων και των διασυνδέσεων τους ως μονοσταθείς και ασταθείς ταλαντωτές και τέλος, Στο κεφάλαιο 8 περιγράφονται οι μετατροπείς τάσης-σε-συχνότητα (V/FC) και συχνότηταςσε-τάση (F/VC). Εξηγούνται διάφορες έννοιες που σχετίζονται με τους παραπάνω μετατροπείς όπως οι έννοιες μονοπολικοί και διπολικοί μετατροπείς και η έννοια της γραμμικότητας και μηγραμμικότητας καθώς και η διαδικασία επιλογής των στοιχείων τους κατά τη δαδικασία σχεδιασμού τους. Στο κεφάλαιο 9 τέλος δίνονται μία σειρά θεμάτων, χωρίς τις λύσεις τους, από όλη την ύλη του βιβλίου για εξάσκηση των φοιτητών στη επίλυση παρόμοιων προβλημάτων. Επίσης δίνονται Εργαστηριακές Ασκήσεις που εκτελούν οι φοιτητές που διδάσκονται την ύλη του παρόντος μαθήματος προκειμένου να εξασκηθούν στην πρακτική υλοποίηση κυκλωμάτων τελεστικών ενισχυτών και ενεργών φίλτρων. Το βιβλίο αυτό είναι η πέμπτη (5 η ) βελτιωμένη έκδοση και απευθύνεται σε προπτυχιακούς φοιτητές της επιστήμης του Ηλεκτρολόγου Μηχανικού & Μηχανικού Υπολογιστών και συναφών ειδικοτήτων, που έχουν μία βασική υποδομή σε γνώσεις Ηλεκτρονικών Κυκλωμάτων και Ανάλυσης Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων. Ευχαριστώ τους φοιτητές όλων των ετών που έχουν διδαχθεί το μάθημα αυτό, καθώς και όλους όσους με οποιονδήποτε τρόπο συνέβαλαν, για την βοήθεια και τις παρατηρήσεις τους, ώστε να βελτιωθεί και να οργανωθεί η ύλη του βιβλίου αυτού και να εξελιχθεί από την αρχική μορφή των πανεπιστημιακών σημειώσεων που βρισκόταν, την πρώτη φορά που εκδόθηκε, το έτος 2003.